Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Останнім часом методи кібернетики застосовуються в хімії і хімічній технології для вирішення найважливішого завдання —
оптимізації хіміко-технологічних процесів, тобто знаходження найвигідніших умов їх проведення. З цією метою складають математичну модель об'єкта хімічної технології.
Збуджуючі бплиби. ?зБудж$ння)
Хімічною системою — об'єк-
•551__^
¦Тіс-
том хімічної технології — називають типовий технологічний проце_с який здійснюється в апараті дедної конструкції (прос-
T
тий об'єкт77^Ьо^р}шу^рошїСІв (складний об'єкт).
-v
Керуючі бплиби ( управління)
Рнс. 4. Структура об'єкта.
На об'єкти хімічної технології впливають різні фактори
(рис. 4) (параметри, змінні величини). При цьому вплив, що надходить на вхід об'єкта, називають вхідною величиною, або входом, а реакцію (або вплив) на виході з того самого об'єкта — вихідною величиною, або виходом. Об'єкт звичайно піддається збудженням, і для їх компенсації застосовують керуючий вплив.
Сукупність параметрів, які впливають на об'єкт, поділяють на групи залежно від характеру і частки їх участі в процесі. Вивчаючи об'єкт, шукають не які завгодно, а цілком конкретні зв'язки між параметрами.
Вхідні параметри X1 (і = 1, 2, п) мають значення, які можна виміряти, але вплинути на які неможливо (наприклад, склад вихідної сировини, теплоносій та ін.).
Керуючі параметри nt (і = 1, 2, k) застосовуються з метою компенсації збуджень на об'єкті. На них можна безпосередньо впливати, щоб привести об'єкт у стійкий стан (наприклад, регулювати кількість вихідної речовини, тиск в апараті, температуру носія тощо).
Збуджуючі параметри Z1 (1=1, 2, s), яким піддається об'єкт, мають значення випадкові і невимірювані. Це, наприклад, домішки до вихідної сировини, поступова зміна активності каталізатора, зміна температури процесу в результаті реакції та ін.
Вихідними параметрами yt (і = 1, 2.....т) називають параметри,
в яТСих величини визначаються режимом процесу і характеризують його стан, що виник внаслідок сумарного впливу вхідних, керуючих і збуджуючих параметрів. їх називають ще параметрами стану і відносять до внутрішніх, оскільки вони залежать від режиму процесу і характеризують кількість і якість вихідного продукту або теплоносія.
Детермінований процес — це такий процес, при якому визначальні величини змінюються безперервно, але за цілком визначеними закономірностями.
Стохастичйим називають процес, при якому зміни визначальних величин відсуваються випадково.
Об'єкти хімічної технології, в яких відбуваються типові процеси, можна описати статичними і динамічними характеристиками, що
являють собою взаємозв'язок між вхідними і вихідними параметрами.
Статична характеристика об'єкта — це рівняння, яке визначає залежність вихідних параметрів від вхідних, коли режим ^роботи об'єкта з часом установився. Вона потрібна для правильного вибору апаратів при проектуванні технологічного процесу, визначення нормальних режимів роботи обладнання, оптимізації технологічних процесів і конструюванні об'єктів з наперед заданими властивостями. Статична характеристика визначається за даними матеріальних і енергетичних балансів.
Динамічною характеристикою об'єкта називають диференційне рівняння Лттт-тдггановлює залежність зміни з часом вихідної величини від варіацій вхідних збуджуючих параметрів. Щоб визначити динамічну характеристику об'єкта, вдаються до типових законів зміни вхідних параметрів, близьких до законів, які спостерігаються в реальних умовах роботи об'єктів. Об'єкти хімічної технології відзначаються великою інерційністю, і для них стала часу іноді вимірюється навіть годинами.
Математичний опис об'єкта ^імічної технології здебільшого_?Шє_ вигляд диференційних рівнянь, користуючись якими можна" встановити зв'язок між основними змінними процесу. Виникає два завдання: скласти диференційне рівняння і розв'язати його, тобто дістати співвідношення, що існує між параметрами, в яких немає похідних.
Розв'язання цього завдання в загальному випадку складається з таких стадій: а) вивчення суті процесу, виявлення законів, якими можна описати процес і які з них можна застосувати до цього процесу в загальному математичному формулюванні; б) вибір диференційного елемента системи, наприклад об'єму dV, і математичний запис того, що відбулось в диференційному елементі за час dx з кожною зміною процесу; в) складання матеріальних і енергетичних балансів, які зв'язують диференційні зміни різних змінних, виходячи з такого загального принципу:
Надходження—Витрата—Нагромадження.
Розв'язувати одержані диференційні рівняння бажано точними аналітичними методами. Методи розв'язання диференційних рівнянь досить різноманітні; з ними можна ознайомитись, вивчаючи спеціальну літературу.
Якщо об'єкт хімічної технології складний або мало вивчений, •експеримент стає основним засобом одержання інформації про об'єкт дослідження. В такому разі експериментатор може лише контролювати вхідні і вихідні параметри, внутрішня структура об'єкта залишається для нього невідомою. За таких умов кажуть, що об'єкт дослідження є «чорним ящиком». «Чорний ящик» належить до основних понять кібернетики. В деяких випадках при вирішенні завдань керування технологічними об'єктами з метою спрощеного уявлення про досліджуваний об'єкт навіть відомі структури розглядаються як «чорний ящик».
